采矿与安全工程学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (3): 615-626.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0584

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非连续结构面对巷道顶板稳定性及锚杆支护作用的影响机制研究

李建忠1,2,3,娄金福2,3,王晓卿2,3,原贵阳2,3   

  1. 1. 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京100083; 2. 中煤科工开采研究院有限公司,北京100013;
    3. 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京100013
  • 出版日期:2026-05-15 发布日期:2026-05-15
  • 通讯作者: 娄金福,E-mail: safeguard007@126.com,Tel: 010-84263129
  • 作者简介:李建忠(1990— ),男,江西省吉安市人,助理研究员,从事巷道围岩控制方面的研究。
  • 基金资助:
     国家自然科学基金项目(52304090);中煤科工开采研究院有限公司“科技创新基金”(KCYJY-2023-MS-01);天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项项目(2023-2-TD-ZD004)

Research on the impact mechanism of discontinuities on the stability of roadway roof and the supporting effect of rock bolt

  • Online:2026-05-15 Published:2026-05-15

摘要: 煤矿巷道顶板稳定性是影响矿井安全生产的关键因素之一,而非连续结构面的存在对顶板稳定性及支护效果均具有重要影响。基于巷道顶板物理模型试验,结合UDEC数值模拟方法,研究了4种典型非连续结构面对顶板变形破坏特征、锚杆受力机制及围岩力链演化规律的影响。结果表明:4种不同非连续结构面顶板物理模型与数值模型均呈现拱形破坏特征,基于数值模拟提出了压力拱的确定方法,揭示了压力拱成拱高度及角度随非连续结构面发育程度的提高而增大的演化机制;厘清了巷道顶板顶角锚杆受力显著高于中间锚杆的区域性受力分布特征,阐明了随非连续结构面发育程度的提高,围岩变形初期锚杆受力增幅减小、围岩强烈变形阶段锚杆受力衰减程度增大的演化规律;揭示了非连续结构面对围岩力链的弱化效应机制,非稳定区围岩稳定性降低、分布范围增大,导致巷道顶板围岩压力拱呈现由低到高的演化机制;阐明了锚杆支护作用与顶板围岩非连续结构面发育程度的负相关性规律,随非连续结构面发育程度的提高,锚杆锚固失效现象更显著,锚杆通过增加支护阻力抑制围岩变形破坏的效果逐渐减弱。非连续结构面的增加不仅削弱了顶板围岩的完整性与强度,加剧围岩变形破坏,还会导致锚杆更易发生脱黏失效,进而弱化锚杆支护作用。

关键词: 非连续结构面, 巷道顶板, 数值模拟, 压力拱, 力链, 锚杆支护

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